CN102607738B - 吸气温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在低流量区域也能够快速且正确地检测出吸气温度的吸气温度传感器。该吸气温度传感器通过插入到设置在吸气管(3)上的开口部中而将温度检测元件(6)配置在吸气管内，该吸气温度传感器构成为，温度检测元件与直接暴露于在吸气管中流动的吸气流中的散热板(4)机械地接合，且根据从所述温度检测元件得到的输出而输出吸气温度。由此，能够减少温度检测元件向吸气流的热阻，从而能够提供一种即使在低流量区域也能够快速且正确地检测出吸气温度的吸气温度传感器。

Description

吸气温度传感器

技术领域

本发明涉及吸气温度传感器，尤其涉及低流量下的测定精度高且响应性良好的吸气温度传感器。

背景技术

关于对吸气管内的吸气温度进行检测的现有的吸气温度传感器，存在专利文献1中记载的流量测定装置和专利文献2中记载的热式空气流量计等。

【专利文献1】日本特开2009-8619号公报

【专利文献2】WO02/010694号公报

在专利文献1中，利用金属端子使吸气温度检测元件直接露出到吸气流中。

但是，对于吸气流量成为低流量的情况欠缺考虑。最近的机动车发动机为了实现低燃料消耗率而意图实现空转的低转速化。因此，吸气流量的低流量化不断得到发展。当吸气流量成为低流量时，从吸气温度检测元件的表面向吸气流的热阻急剧变高。其结果是，来自安装部的热量或电路的自身发热经过金属端子而使吸气温度检测元件的温度变化。因此，在吸气温度检测元件的温度与吸气温度之间产生差异，从而无法正确地检测出吸气温度。另外，当从吸气温度检测元件的表面向吸气流的热阻变高时，因吸气温度检测元件自身的热容量而产生的热时间常数达到几十秒，从而吸气温度的检测延迟变大。

在专利文献2中，在副通路内配置吸气温度检测元件，且将流量检测元件和吸气温度检测元件配置在同一电路基板上。但是，副通路结构体因来自安装部的热量和电路的自身发热而成为温度与吸气流不同的温度。尤其是在低流量时，该倾向变强。因此，副通路内的空气的温度受到来自副通路结构体的热影响而发生变化，成为温度与被测定空气流不同的温度。另外，由于在副通路内部配置吸气温度检测元件，因此吸气温度检测元件对副通路内的空气流的温度进行检测。由此，吸气温度检测元件的输出产生误差。

并且，由于副通路结构体的温度变化受到框体的热时间常数的影响，因此副通路结构体的温度到稳定为止需要几十秒至几分钟的时间。因此，在上述技术中，吸气温度在从变化开始几十秒至几分钟的时间内，吸气温度传感器的输出变得不正确。另外，电路基板采用玻璃·环氧树脂这样的热阻高的材料。因此，来自驱动电路的自身发热的影响能够降低，但是对于向空气流的热阻的降低则欠缺考虑，低流量下的吸气温度检测元件的热时间常数达到几十秒，从而吸气温度的检测延迟变大。

发明内容

因此，本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种即使在低流量区域也能快速且正确地检测出吸气温度的吸气温度传感器。

为了解决上述课题，通过在直接暴露于吸气管内的吸气流中的散热板上固定温度检测元件并基于从本温度检测元件得到的输出而输出吸气温度来实现。

【发明效果】

根据本发明，能够减少吸气温度检测元件向吸气流的热阻，因此能够提供一种可以改善低流量下的吸气温度的检测精度且具有快速响应性的吸气温度传感器。

附图说明

图1是表示将第一实施例的吸气温度传感器安装于吸气管的状态的安装图。

图2是图1中的A-A′的剖视图。

图3是第一实施例的吸气温度传感器的立体图。

图4是表示第一实施例的热等效电路的图。

图5是表示吸气温度检测元件6的误差特性的图。

图6是第二实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′线的剖视图。

图7是图6的B-B′线的剖视图。

图8是第二实施例的变形例的图6的B-B′线的剖视图。

图9是第二实施例的变形例的图6的B-B′线的剖视图。

图10是第三实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′线的剖视图。

图11是第四实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′线的剖视图。

图12是第五实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′线的剖视图。

图13是第六实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′线的剖视图。

图14是第七实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′线的剖视图。

图15是第八实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′线的剖视图。

图16是第九实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′线的剖视图。

图17是第十实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′线的剖视图。

【符号说明】

1 连接部

2 安装部

3 吸气管

4 散热板

5、7 引线

6、26、38、50 吸气温度检测元件

8 副通路

9 吸气温度传感器

10、42、52 集成电路

11 电路基板

12、19、20、25、27、46、47、54 金属线

13 流量检测元件

14、17、29、31、32、33、34、35、36、40、49 狭缝

15、16、18、21、37、39 焊料焊盘

22、55 框体

23 内层配线图案

24、28 焊盘

30 基板

41、51 温度传感器

43、45 金属板

44、48 热敏电阻

53 引线框

具体实施方式

以下，依照附图，对本发明的实施例进行说明。

首先，利用图1至图5，对作为本发明的第一实施例的吸气温度传感器9进行说明。需要说明的是，图1是表示将第一实施例的吸气温度传感器9安装于吸气管3的状态的安装图，图2是图1的A-A′线的剖视图，图3是第一实施例的吸气温度传感器9的立体图，图4是表示第一实施例的热等效电路的图，图5是表示吸气温度检测元件6的误差特性的图。

如图1所示，本发明的第一实施例的吸气温度传感器9以插入到设在吸气管3上的开口部中的形式安装，吸气温度传感器9通过安装部2固定在吸气管3上。另外，从吸气温度传感器9的电连接经由连接部1进行。另外，在吸气温度传感器9中设有副通路8，在副通路8的内部配置有流量检测元件13，该流量检测元件13能够测定在吸气管3中流动的流量。另外，散热板4以从吸气温度传感器9的框体向外部露出的方式固定，散热板4配置成直接暴露于吸气管内的吸气流中。吸气温度检测元件6配置在副通路8的外部且相对于电路基板11配置在吸气流的上游侧，该吸气温度检测元件6通过热传导性高的粘接剂等机械性地固定在散热板4上而与散热板4热结合。另外，吸气温度检测元件6经由引线5、7向吸气温度传感器9的框体22内部进行电连接。另外，在框体22内部配置电路基板11，在电路基板11上配置有用于处理吸气温度检测元件6及流量检测元件13的输出信号的集成电路10。需要说明的是，流量检测元件13通过金属线12与电路基板11连接。

吸气温度检测元件6可以由热敏电阻、铂电阻体、热电偶、温度系数大的电阻等构成。尤其是通过利用厚膜印刷电阻作为吸气温度检测元件6，能够减少吸气温度检测元件6自身的热容量，从而能够实现响应性的提高。另外，为了提高向空气的散热效果，优选散热板4由金属或陶瓷等热传导率高的材料构成。由此，散热板4的温度变得均等，从而能够增大有效散热面积。需要说明的是，优选散热板4的热传导率至少为1W/m·k以上。另外，优选吸气温度传感器9的框体22由塑料、聚对苯二甲酸丁二酯树脂、聚苯硫醚树脂等热传导率小的材料构成。由此，能够降低从散热板4与框体22的粘接部的热传导。

在本实施例中，通过将吸气温度检测元件6固定于散热板4而将吸气温度检测元件6和散热板4热结合，从而能够增加向吸气流的散热面积，减小向吸气流的热阻。

本实施例的吸气温度传感器9的热等效电路如图4所示，吸气温度检测元件6的温度因来自吸气流的热阻与来自安装部2及电路基板11的热阻的比而受到影响。因此，通减小来自吸气流的热阻并增大来自安装部2及电路基板11的热阻，从而能够使吸气流的温度和吸气温度检测元件6的温度更加一致。由于来自吸气流的热阻与流速的平方成反比例，因此在低流速时热阻急剧地增加，在低流量时误差有所增加。但是，在本实施例中，通过增加散热面积，从而能够减少来自吸气流的热阻。在实现流量到二分之一也能够应对的吸气温度传感器的情况下，由于流速成为二分之一，因此热阻变成为4倍。为了通过增加散热面积来应对该情况，至少需要4倍的面积。

图5中示出因散热板4的有无而造成的吸气温度检测元件6的误差。由图5可知，当空气流量变小而成为低流量区域时误差增加，但通过设置散热板4能够减少检测误差。

另外，来自吸气流的热阻与吸气温度检测元件6自身的热容量一起产生热时间常数。该热时间常数使吸气温度的检测产生时间延迟。需要说明的是，在低流量区域，该热时间常数为几十秒，在将该吸气温度传感器使用于机动车发动机的控制的情况下，会导致控制性的恶化。但是，根据本实施例，由于能够减少向吸气流的热阻，因此能够减少热时间常数，从而能够实现吸气温度传感器的快速化。

另外，通过在散热板4上固定吸气温度检测元件6，从而实现吸气温度检测元件6的机械性保护。其结果是，即使吸气温度传感器9落下，也可防止直接对吸气温度检测元件6施加机械性冲击的情况。并且，通过在吸气温度传感器9的框体上设置凹部且在该凹部配置散热板4，从而实现散热板4的机械性保护。其结果是，即使吸气温度传感器9落下，也可防止直接对吸气温度检测元件6施加机械冲击的情况。

接着，利用图6至图9，对作为本发明的第二实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图6是第二实施例的吸气温度传感器的图1中的A-A′线的剖视图，图7是图6中的B-B′线的剖视图，图8、图9是第二实施例的变形例的图6中的B-B′线的剖视图。

第二实施例的吸气温度传感器与第一实施例的吸气温度传感器为基本上相同的结构，但施加了以下的改良。需要说明的是，对于与先前说明的实施例结构相同的部分，使符号相同并省略其说明。

在本实施例中，散热板4使用陶瓷基板且设有狭缝14、17，并且使用芯片型的吸气温度检测元件6，利用焊料焊盘15、16将吸气温度检测元件6通过焊料固定。狭缝14相对于吸气温度检测元件6设置在安装部2侧，且狭缝14沿着散热板4的吸气流动的垂直方向的边开口。另一方面，狭缝17相对于吸气温度检测元件6设置在副通路8侧，且狭缝17沿着散热板4的吸气流动的垂直方向的边开口。并且，狭缝14、17以沿着吸气流动的方式并列配置有多条。焊料焊盘15如图7所示那样经由内层配线图案23连接到吸气温度传感器9的框体22的内部的焊料焊盘18，并经由金属线19向电路基板11电连接。同样，焊料焊盘16也经由内层配线图案连接到框体22的内部的焊料焊盘21，并经由金属线20向电路基板11电连接。

在本实施例中，由于能够利用热传导率高的焊料将吸气温度检测元件6向散热板4固定，因此能够使吸气温度检测元件6与散热板4的热结合良好。另外，由于能够利用内层配线图案23使配线在框体22的内部通过，因此与第一实施例那样利用引线5、7的情况相比，能够进一步提高框体内部的机密性。另外，由于能够设置狭缝14、17来设置空气的通道，因此能够增加散热板4的表面积且使空气流产生紊乱，从而实现散热阻力的降低，进而能够降低从与框体22的接触部产生的热传导。需要说明的是，吸气温度检测元件6在本实施例中使用了芯片型的部件，但也可以通过印刷来制作厚膜电阻。

另外，通过如图8所示的变形例那样在框体22上设置倾斜部，使吸气流顺利地流动，从而能够抑制吸气流的流速的降低，由此能够实现降低对吸气流的热阻。

另外，通过如图9所示的变形例那样在框体22上设置倾斜部，使吸气流流过狭缝14、17，从而能够使吸气的流动产生较大的紊乱，进而能够实现降低对吸气流的热阻。

接着，利用图10，对作为本发明的第三实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图10是第三实施例的吸气温度传感器的图1中的A-A′线的剖视图。

第三实施例的吸气温度传感器与第二实施例的吸气温度传感器为基本上相同的结构，但施加了以下的改良。需要说明的是，对于与先前说明的实施例结构相同的部分，使其符号相同并省略其说明。

在本实施例中，将吸气温度检测元件26配置在吸气温度传感器9的框体22内部，并利用焊盘24、28将吸气温度检测元件26通过焊料固定，将吸气温度检测元件26经由焊盘24、28、金属线25、27向电路基板11电连接。

在本实施例中，由于能够将吸气温度检测元件26配置在框体22的内部，因此非常容易进行吸气温度检测元件26的保护。由于吸气温度传感器9配置在吸气管的内部，因此暴露于雨水混入、汽油蒸气、回火等中，从而表面保护非常重要而需要利用玻璃·涂层等，但根据本实施例，由于能够将吸气温度检测元件26配置在框体22的内部，因此能够不需要玻璃·涂层等。

接着，利用图11对作为本发明的第四实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图11是第四实施例的吸气温度传感器的图1中的A-A′线的剖视图。

第四实施例的吸气温度传感器与第二实施例的吸气温度传感器为基本上相同的结构，但施加了以下的改良。需要说明的是，对于与先前说明的实施例结构相同的部分，使符号相同并省略其说明。

在本实施例中，配置有由同一构件构成散热板4和电路基板11的基板30。散热板4需要高的热传导率，电路基板11需要配线图案，而作为满足上述要求的构件，采用陶瓷基板、金属基(metal base)基板等。由此，从吸气温度检测元件6向集成电路10的配线可以不使用金属线而仅通过基板30的配线图案连接，从而能够提高接线的可靠性且实现因工时降低带来的低成本化。另外，为了避免集成电路10的自身发热对吸气温度检测元件6产生影响而设置狭缝29，从而防止来自集成电路10的发热向吸气温度检测元件6传递的情况。需要说明的是，在如本实施例那样由同一构件构成散热板4和电路基板11的情况下，优选基板30为长方形。因此，在框体22上设置凹部且在凹部上设置散热板4的结构具有以下的优点。第一，能够将基板30形成为长方形。第二，通过形成为凹形状，使吸气的导入排出顺利地流动。

接着，利用图12对作为本发明的第五实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图12是第五实施例的吸气温度传感器的图1中的A-A′线的剖视图。

第五实施例的吸气温度传感器与第四实施例的吸气温度传感器为基本上相同的结构，但施加了以下的改良。需要说明的是，对于与先前说明的实施例结构相同的部分，使符号相同并省略其说明。

在本实施例中，将吸气温度检测元件38向框体22的内部配置，从而能够得到与第二实施例同样的效果。另外，为了避免集成电路10的自身发热对吸气温度检测元件38产生影响而设置狭缝35、36、40，从而防止来自集成电路10的发热向吸气温度检测元件38传递。尤其是狭缝36以包围吸气温度检测元件38的周围的方式设置。并且，在狭缝35、36、40之间制作出间隙，来确保配线图案通过的区域。另外，通过配置成使狭缝31在比狭缝32靠安装部2侧沿着吸气流动开口，且使狭缝34在比狭缝33靠副通路8侧沿着吸气流动开口，从而防止从基板与框体22的固定部流入热量。需要说明的是，通过狭缝32、33来降低向吸气流的散热阻力。吸气温度检测元件38通过焊料焊盘37、39而利用焊料固定。

接着，利用图13对作为本发明的第六实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图13是第六实施例的吸气温度传感器的图1中的A-A′线的剖视图。

第六实施例的吸气温度传感器与第五实施例的吸气温度传感器为基本上相同的结构，但施加了以下的改良。需要说明的是，对于与先前说明的实施例结构相同的部分，使符号相同并省略其说明。

在本实施例中，代替吸气温度检测元件38而配置具有温度传感器41的集成电路42，通过温度传感器41对吸气温度进行检测。为了实现本实施例，需要将自身发热抑制得较小的集成电路42，但根据本实施例，能够取消吸气温度检测元件38，从而能够因部件件数的减少而实现低成本化。

接着，利用图14对作为本发明的第七实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图14是第七实施例的吸气温度传感器的图1中的A-A′线的剖视图。

第七实施例的吸气温度传感器与第二实施例的吸气温度传感器为基本上相同的结构，但施加了以下的改良。需要说明的是，对于与先前说明的实施例结构相同的部分，使符号相同并省略其说明。

在本实施例中，将散热板4变更为金属板43、45，将吸气温度检测元件6变更为引线型的热敏电阻44，将热敏电阻44的引线与金属板43、45连接，并经由金属线46、47向电路基板11进行电连接。

由此，在本实施例中，通过将金属板43、45与热敏电阻44的引线进行机械、电气及热结合，从而利用金属板43、45减少向吸气流的热阻，并且减少与金属板43、45热结合的热敏电阻44向吸气流的热阻。在本实施例中，由于也能够减少从热敏电阻44向吸气流的热阻，因此能够实现低流量下的吸气温度的检测和快速化。需要说明的是，金属板43、45的散热面积需要至少为热敏电阻44的表面积的4倍以上。

接着，利用图15对作为本发明的第八实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图15是第八实施例的吸气温度传感器的图1中的A-A′线的剖视图。

第八实施例的吸气温度传感器与第二实施例的吸气温度传感器为基本上相同的结构，但施加了以下的改良。需要说明的是，对于与先前说明的实施例结构相同的部分，使符号相同并省略其说明。

在本实施例中，将散热板4变更为金属，并设置了狭缝14、17。狭缝14设置在安装部2侧，且狭缝14沿着散热板4的吸气流动的垂直方向的边而开口。另一方面，狭缝17设置在副通路8侧，且狭缝17沿着散热板4的吸气流动的垂直方向的边而开口。并且，狭缝14、17以沿着吸气流动的方式并列配置有多条。

另外，将吸气温度检测元件变更为引线型的热敏电阻48，将热敏电阻48配置在框体22的内部且将该热敏电阻48机械地固定于散热板4而与散热板4热结合。并且，热敏电阻48的引线直接向电路基板11连接。

在本实施例中，通过将散热板4暴露于吸气中，从而即使是低流量也能够减少向吸气流的热阻。并且，由于热敏电阻48与散热板4热结合，因此热敏电阻48成为与散热板4相同的温度。在本实施例中，由于能够设置大的散热板4，因此即使低流量也能减少向吸气流的热阻。并且，由于能够将热敏电阻48配置在框体22的内部，因此能够容易进行热敏电阻48的保护。另外，由于散热板4可以由金属构成，因能够使散热板4的热传导率比陶瓷等小。

接着，利用图16对作为本发明的第九实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图16是第九实施例的吸气温度传感器的图1中的A-A′线的剖视图。

第九实施例的吸气温度传感器9与第八实施例的吸气温度传感器为基本上相同的结构，但施加了以下的改良。需要说明的是，对于与先前说明的实施例结构相同的部分，使符号相同并省略其说明。

在本实施例中，将吸气温度检测元件50向电路基板11配置，并使散热板4的一部分伸长而与吸气温度检测元件50固定且热结合。并且，为了减少来自电路的热影响而设置狭缝49。狭缝49以包围吸气温度检测元件50的方式配置，形成大致コ形状。但是，只要是能够减少来自电路的热影响的形状，则狭缝49的形状不局限于大致コ形状，例如可以为第五实施例中说明的那样的狭缝形状。

在本实施例中，通过将散热板4暴露于吸气中，即使低流量也能够减少向吸气的热阻。另外，吸气温度检测元件50由于与散热板4热结合，因此成为与散热板4相同的温度。在本实施例中，由于能够设置大的散热板4，因此即使为低流量也能够减少向吸气流的热阻。另外，由于能够将吸气温度检测元件50配置在框体22的内部，因此也能够容易进行吸气温度检测元件50的保护。并且，由于能够由金属构成散热板4，因此能够使散热板4的热传导率比陶瓷等小。另外，由于能够将吸气温度检测元件50向电路基板11配置，因此能够容易进行吸气温度检测元件50的配线。

接着，利用图17，对作为本发明的第十实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图17是第十实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′线的剖视图。

第十实施例的吸气温度传感器与第九实施例的吸气温度传感器为基本上相同的结构，但施加了以下的改良。需要说明的是，对于与先前说明的实施例结构相同的部分，使符号相同并省略其说明。

在本实施例中，取消路基板11并在散热板4的伸长部配置内置有温度传感器51的集成电路52。另外，与流量检测元件13的连接是通过引线框53、金属线54进行的。在本实施例中，通过将散热板4暴露于吸气中，从而即使低流量也能够减少向吸气的热阻。另外，由于集成电路52与散热板4热结合，因此若集成电路52的自身发热减小，则成为与散热板4相同的温度。在本实施例中，由于能够设置大的散热板4，因此即使低流量也能够减少向吸气流的热阻。另外，由于能够由金属构成散热板4，因此能够使散热板4的热传导率比陶瓷小。另外，通过使用内置有温度传感器51的集成电路52，从而能够取消电路基板本身而能够实现低成本化。

Claims (14)

1.一种吸气温度传感器，其通过插入到设置在吸气管上的开口部中而将温度检测元件配置在吸气管内，所述吸气温度传感器的特征在于，

所述温度检测元件与直接暴露于在吸气管内流动的吸气流中的散热板机械地接合，所述吸气温度传感器根据从所述温度检测元件得到的输出而输出吸气温度。

2.根据权利要求1所述的吸气温度传感器，其特征在于，

在所述散热板上配置有配线图案，

所述温度检测元件与所述配线图案电连接。

3.根据权利要求1所述的吸气温度传感器，其特征在于，

具有与所述温度检测元件电连接的电子电路、安装所述电子电路的电路基板、收纳所述电子电路的框体，

所述散热板的一部分配置在所述框体内部，

在配置于所述框体内部的所述散热板的一部分上固定有所述温度检测元件。

4.根据权利要求1所述的吸气温度传感器，其特征在于，

具有与所述温度检测元件电连接的电子电路、安装所述电子电路的电路基板、收纳所述电子电路的框体，

所述散热板和所述电路基板由同一构件构成。

5.根据权利要求1所述的吸气温度传感器，其特征在于，

所述散热板的表面积为所述温度检测元件的表面积的4倍以上。

6.根据权利要求1所述的吸气温度传感器，其特征在于，

所述散热板由金属或陶瓷等热传导率高的材料构成。

7.根据权利要求6所述的吸气温度传感器，其特征在于，

所述散热板的材料的热传导率为1W/m·k以上。

8.根据权利要求3所述的吸气温度传感器，其特征在于，

所述框体为塑料、聚对苯二甲酸丁二酯树脂、聚苯硫醚树脂等热传导率小的材料。

9.根据权利要求4所述的吸气温度传感器，其特征在于，

所述框体为塑料、聚对苯二甲酸丁二酯树脂、聚苯硫醚树脂等热传导率小的材料。

10.根据权利要求1所述的吸气温度传感器，其特征在于，

在所述散热板上设有狭缝部。

11.根据权利要求10所述的吸气温度传感器，其特征在于，

所述狭缝部设置成包围所述温度检测元件的周围。

12.根据权利要求3所述的吸气温度传感器，其特征在于，

在所述吸气温度传感器的框体的一部分上设置有凹部，在该凹部配置有散热板。

13.根据权利要求4所述的吸气温度传感器，其特征在于，

在所述吸气温度传感器的框体的一部分上设置有凹部，在该凹部配置有散热板。

14.一种热式流量计，其具有权利要求1所述的吸气温度传感器，其特征在于，

具有：固定于吸气管上的安装部、与外部进行电连接的连接部、取入吸气流的一部分的副通路、配置在所述副通路的内部的流量检测元件、收纳与所述温度检测元件及所述流量检测元件电连接的电路基板的框体，

所述温度检测元件及所述散热板设置在所述副通路的外部，

用于处理所述温度检测元件及所述流量检测元件的输出信号的集成电路设置在所述电路基板上，

所述热式流量计根据所述流量检测元件的输出信号来检测吸气流量。